WO2004094948A1 - Pianoforte instrument comprising additional delivery of energy into the sound board, and method for influencing the sound of a pianoforte instrument - Google Patents

Pianoforte instrument comprising additional delivery of energy into the sound board, and method for influencing the sound of a pianoforte instrument Download PDF

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WO2004094948A1
WO2004094948A1 PCT/EP2004/004139 EP2004004139W WO2004094948A1 WO 2004094948 A1 WO2004094948 A1 WO 2004094948A1 EP 2004004139 W EP2004004139 W EP 2004004139W WO 2004094948 A1 WO2004094948 A1 WO 2004094948A1
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WO
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sound
soundboard
sensors
keys
strings
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/004139
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German (de)
French (fr)
Inventor
Roberto Valli
Luigi Lamacchia
Nikolaus Schimmel
Original Assignee
Wilhelm Schimmel Pianofortefabrik Gmbh
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Publication date
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    • G10H1/00Details of electrophonic musical instruments
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    • G10H2210/155Musical effects
    • G10H2210/265Acoustic effect simulation, i.e. volume, spatial, resonance or reverberation effects added to a musical sound, usually by appropriate filtering or delays
    • G10H2210/271Sympathetic resonance, i.e. adding harmonics simulating sympathetic resonance from other strings

Definitions

  • the invention relates to an acoustic piano instrument with a mechanism with keys, with strings that are struck and vibrated via a mechanism when the keys are actuated, with a soundboard on which the vibrations of the strings are transmitted, and with a device for feeding additional vibration energy in the soundboard. It also relates to a method for influencing the sound of a piano instrument, with a mechanism with keys, with strings that are struck by a mechanism when the keys are actuated and set in vibration, with a soundboard to which the vibrations of the strings are transmitted be, and with a device for feeding additional vibration energy into the soundboard.
  • the pianoforte instruments have a large number of keys that cause strings to vibrate through mechanical action. These string vibrations are then transferred to a soundboard. The vibrations of this soundboard then lead to the sound that the pianist or his audience can hear, possibly impaired by properties of the room in which the piano forte is located, for example by reverberation or damping. Additional possibilities for the sound reproduction of piano instruments are proposed, for example, very successfully by the applicant's WO 90/03025 A1. Here, additional energy is fed into the soundboards of acoustic piano instruments using driver systems. These systems deliver vibration energy to the soundboard with the help of a system of magnets and coils.
  • Such systems are used in particular to use the soundboard of the piano or other piano instrument as a kind of loudspeaker membrane for the reproduction of music and speech.
  • this enables the music played on the piano forte to be played back with a time delay, and on the other hand the pianist can also be provided with an artificial accompaniment while he is playing.
  • a "muting" can be carried out while playing, in order to prevent, for example, undesirable sound and thus noise generation when practicing.
  • the recorded sound sequences can later be inserted into the soundboard and used as a loudspeaker membrane to produce a relatively "true to the original" sound.
  • a certain problem is the feedback effect, - which can emerge if the energy supply is too high, since the soundboard, which is set in additional resonance, can of course also have an effect on the sound recorders.
  • the object of the invention is to propose piano instruments which have further possibilities.
  • Another task is to propose methods for influencing the sound of a piano instrument with additional options.
  • the first object is achieved in that sensors are provided which directly or indirectly detect the actuation of the keys of the game mechanism, that a device for sound expansion is available, to which the measured values of the sensors are supplied, and that the device for sound expansion is equipped with devices, which, depending on the measured values of the sensors, compile data which correspond to a desired sound characteristic, and that the device for expanding the sound supplies additional vibrational energy to the soundboard in accordance with the determined data via the device for feeding in.
  • the second object is achieved in that the actuation of the keys of the game mechanism is detected directly or indirectly by means of sensors, that the measured values of the sensors are fed to a device for expanding the sound, that devices are provided which collect data that depend on the measured values of the sensors correspond to a desired sound characteristic, and that the device for expanding the sound supplies additional vibration energy to the soundboard via the device for feeding in according to the determined data.
  • the equipment according to the invention of keyboard instruments with acoustic sound generation enables both the extension and / or amplification of the available sound spectra of each individual tone as a whole as well as the change of individual or a plurality of selected partial tones from the sound spectra of the individual tones and thereby also enables the change of the sound phases of individual tones.
  • This goes hand in hand with an expanded resonance behavior of the harmonically resonating tones / partials of other tone ranges of the instrument and also with increased and / or prolonged natural vibrations of the vibrating sound strings of the relevant tone.
  • the additional vibration energy is supplied in real time without delay.
  • the sound expansion is brought about by the additional feed of externally generated vibration energy, which is preferably fed to the soundboard via soundboard drivers.
  • the additional vibration energy serves to counteract the consumption of the energy absorbed by the vibrating sound strings, which is customary in the prior art in the membrane-like resonating soundboard, in a freely definable extent.
  • the additional vibration energy thus accumulates in the membrane-like resonating soundboard with the vibration energy generated acoustically by the vibrating sound strings and mixes in the sounding board to the sound images (sound spectra) expanded in this way and, consequently, to expanded sound images.
  • the present invention does not extract the information or data inputs from secondary sources.
  • the expert has previously assumed that a vibrating string, a vibrating soundboard, etc. is exactly the sound that he would like to have reproduced when the information was separated and then used.
  • the expert wants to reproduce exactly the original string of the vibrating string.
  • the vibrating string has been the primary source so far. At first, this seems logical and logical. Only the invention in the present application recognizes that this is wrong and uses the truly primary source of information: the key movement.
  • the intensity of the impact of the hammer heads on the sound strings determines the degree of energy transfer to the sound strings and is therefore decisive for the vibration behavior of the sound strings.
  • the degree of energy transmission can be influenced within wide limits by the way the keys are pressed, the coordination of the lever systems (regulation) and the characteristics of the hammer heads (weight, size, shape, material and intonation). That means:
  • Extreme pianissimo is a consequence of the minimally possible acceleration of the hammer heads on their way to the sound strings, so that the hammer heads transfer only a minimal amount of energy to the sound strings when they strike the sound strings.
  • This minimally possible energy transfer leads to the sound strings being excited to minimal vibrations and thus a minimum of vibrational energy reaching the resonance floor via the sound bars, so that it vibrates in a minimal manner and thus extremely quiet tones, tone sequences or sound patterns are audible become.
  • Extreme fortissimo is a consequence of the maximum possible acceleration of the hammer heads on their way to the sound strings, so that the hammer heads transfer a maximum amount of energy to the sound strings when they strike the sound strings.
  • This maximum possible energy transfer leads to the sound strings being excited to their maximum possible vibrations and thus a maximum of vibrational energy reaching the soundboard via the sound bars, so that it vibrates in its maximum possible manner and thus extremely loud tones, tone sequences or sound patterns become audible.
  • the source of the additionally supplied energy is preferably externally stored, preferably digital, sound samples which can be supplied to the soundboard in any mixture and in any energy, so that each individual tone can be designed in its partial tone spectrum and in its individual sound phases.
  • the use of the sound samples as an external energy source avoids any feedback effect, so that the amount of additional vibration energy that can be fed into the soundboard is not restricted to the limits of a feedback effect, but rather its limits only in the mechanical resilience of the vibrating components of the sound body, in particular that Soundboard takes place.
  • the word "energy source” is to be understood here in the figurative sense, not in the physical sense: the memory with the sound samples contains the data for the vibration energy, not the energy itself, which is coupled in, for example, via an amplifier.
  • the invention makes it possible to extend his influence on the music he plays: in addition to the piece of music and its interpretation, he can "determine” the sound practically as desired, whether he is in a large or small room plays, which type of piano he uses, which style it is tuned to and which special accents he wants to set, and that also varies from piece of music to piece of music. Volume and speed are no longer unnecessarily limited by the instrument.
  • the concept according to the invention can also be retrofitted to existing piano instruments - a significant advantage, especially in the case of valuable copies.
  • FIG. 1 shows a typical vibration pattern of a basic tone of a musical instrument generated acoustically
  • Figure 2 is a vibration pattern with details of the sound formation phase
  • Figure 3 shows the phases of Figure 2 in a schematic representation with four of the audible partials
  • FIG. 4 shows the schematic representation from FIG. 3 with an amplification of the sound formation phase
  • Figure 5 shows the schematic representation of Figure 3 with an amplification and extension of the sound formation phase
  • FIG. 6 shows the schematic illustration from FIG. 3 with an extension and intensification of the decay phase
  • FIG. 7 shows the schematic illustration from FIG. 3 with an extension and amplification of both the sound formation and the decay phase
  • FIG. 8 shows the schematic illustration from FIG. 3 with a targeted amplification of the sound formation phase only for selected partials
  • Figure 9 shows the schematic representation of Figure 3 with a targeted
  • FIG. 10 shows the schematic illustration from FIG. 3 with an extension and amplification of the sound formation and decay phases with only selected partials;
  • FIG. 11 shows the schematic illustration from FIG. 3 with a different extension and amplification of the sound formation and decay phases of different partials.
  • Figure 12 is a schematic representation of the technical structure of an embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows the typical vibration pattern of an acoustic tone H of a grand piano (above) or a piano (below).
  • the root note H has a large number of so-called harmonic or partials. These harmonic or partial tones of each fundamental tone form the respective sound spectrum or partial tone spectrum of the corresponding tone.
  • the tones of good acoustic piano instruments can have a large number of partials. It is assumed that up to about 13 audible partials are built for the human ear with good acoustic piano instruments.
  • the spectrogram shows from left to right the number of partials chosen for this display with their frequency f in Hertz and from top to bottom the course of the decay phases of the partials shown, ie the time axis t in seconds.
  • the relative sound pressure level in dB rises upwards from the time axis.
  • the sound formation phase is omitted here for clarity.
  • the course of the vibrations of the individual partials is subject to constant variations. It changes continuously in its composition and intensity of the individual partials to each other, so that this creates the typical piano sound.
  • the same root H sounds different for the human ear for this reason, so that the listener can easily distinguish a root H of a piano from a root H of a guitar.
  • the trained ear of a musician, music lover and specialist can also distinguish the typical sound of one and the same basic tone played on different piano models, since the typical chronological sequence of the individual partials also deviates more or less from piano to piano.
  • the partial tone structure with its vibration patterns changes continuously in varying forms during the sound formation phase and the decay phase. It also depends on the pianist's playing style (loud, quiet, staccato, legato, with / without damper pedal, with / without tone, etc.).
  • the changes mentioned in the temporal course of the individual partials and the resulting different sound of the composition extend over the entire time period from the moment a hammer head strikes the sound strings during the sound formation phase not shown in the spectrogram and during the duration shown in the spectrogram entire decay phase until the sound sides finally settle out.
  • the changes are also in a constantly changing interaction with the other partials of the same fundamental and also in interaction with the fundamental and partials of other tones within the entire range of the instrument, which are in harmonic relationship with the struck tone and its partials.
  • FIG. 2 shows the audible sound curve of a selected tone without the additional vibration energy being fed in, that is to say the curve without applying the invention.
  • the sound as a whole is reproduced without a representation of the partial tone spectrum contained therein.
  • the time is plotted to the right, the intensity and the sound pressure level in turn upwards.
  • the sound formation phase B begins with the moment A ⁇ s impact of a hammer head on the sound strings and the vibrations of the sound strings that begin with it, and ends at the time C at which the sound strings convert the impact energy into the maximum of the vibration generators - have converted gie and the decay phase D begins.
  • each individual sound string begins to vibrate in its fundamental tone and the associated partials.
  • the decay phase follows the end of the sound formation phase and ends with the moment E, since the vibrational energy in the sound strings is used up.
  • the illustration also shows, among other things, that the decay phase in no way only takes a purely sloping course, but that the audible sound course definitely has turning points and maxima. It is precisely these effects that also influence the sound impression that a certain tone produces in a certain musical instrument.
  • the courses shown are chosen here purely by way of example, that is to say they are quite different for different tones.
  • FIG. 3 the sound formation phases and decay phases are shown in a substantially simplified manner using the example of only four of the above-mentioned up to 13 audible partials shown.
  • FIG. 3 is used as a reference figure for the changes that occur with the appropriate influence.
  • the following figures show that various forms of changing and influencing the sound are possible through the inventive concept.
  • the representations are made in a quasi three-dimensional form. However, the time is plotted from left to right, the intensity of a certain partial tone from bottom to top, and four selected partial tones are plotted in succession from front to back.
  • the result is a simplified representation of the partial tone spectrum of a tone.
  • the audible sound curve of the four-part tones is shown in each case.
  • the solid line L is used by the vibrating sound strings of a piano instrument without feeding sound produced by additional vibration energy.
  • With the strongly dotted line M the sound curve of the same partials results if, in addition to the sound curve generated by the vibrating sound strings, additional vibration energy is fed in, the type and form of this feed being explained in more detail in the following descriptions.
  • the thinly dotted line N takes into account the fact that the sound strings themselves are now also resonating to a greater extent.
  • FIG. 4 shows how vibration energy is additionally fed in during the sound formation phase and thus an amplification of the entire tone occurs across all partials.
  • FIG. 5 shows in a similar form that the sound formation phase is both amplified and extended by vibrational energy being fed in here.
  • Figure 6 shows an unchanged sound formation phase, but the decay phase is extended and amplified, again for the entire tone. The tone duration is increased.
  • Figure 7 shows an extension and amplification of both sound formation and decay phases, which now complement the two effects.
  • Figure 8 and the subsequent representations now show that the sound character of individual tones or entire pitches is specifically changed and enriched. This is done by a targeted supply of vibration energy related to individual or a plurality of selected partials of the sounding tone.
  • FIG. 11 shows an extension and amplification of different partials in different forms both in the sound formation and in the decay phases.
  • the result of the possibilities for influencing the audible sound phases shown and correspondingly described in FIGS. 4 to 11 can thus either lengthen and / or amplify and / or change the sound patterns of individual tones or selectively selected partials of individual tones in variable forms.
  • pianoforte instruments can be used for very different purposes, such as song accompaniment, chamber music or as a solo instrument, while on the other hand, an increase or perhaps reduction of the pianoforte instrument is very desirable in certain orchestral situations and this can also be very different for certain tones.
  • FIG. 12 shows the components which are contained in an embodiment of an arrangement according to the invention for a piano forte instrument.
  • a piano instrument 10 has a mechanism 11 with a row of keys (not shown in detail in FIG. 12).
  • the keys of the musical mechanism 11 act on strings by means of a lever construction and a hammer head unit, and the strings in turn cause a resonant base 20 to vibrate.
  • the soundboard 20 is a membrane-like tensioned surface which is stably supported all around on or in the piano instrument 10.
  • the keys of the game mechanism 11 are now equipped with sensors 15. These sensors do not necessarily have to be arranged on the button itself.
  • the movements of individual lever elements can also be recorded in the mechanism 11 of the piano instrument.
  • the sensors 15 can be below, above or behind the buttons, inside, in front of or behind the lever system of the mechanism 11, above, below or behind the Hammer head unit or be arranged at other locations.
  • sensors 15 mechanical, optical, inductive, magnetic or other form of sensor systems for recording the corresponding movements within the mechanism 11 are suitable.
  • the sensors 15 record, for example, the acceleration of the lever elements of the mechanism 11 selected for the measurement. From the measured accelerations, the impact intensity or the impulse of the hammer heads on the sound strings and thus the sound strength can then be determined in further devices discussed below, i.e. whether the player is currently playing pianissimo or fortissimo or which sound strength in between. In other embodiments, sensors 15 for position, speed or other data can also be used.
  • the sensors 15 can individually register the mechanical movements of one or more selected parts within the mechanism 11 for each individual tone. They then supply information that is preferably in MIDI format (musical instrument digital interface). This information includes information about, for example, the start of the downward movement of a key and the end of the downward movement of a key. The duration of the tone hold can also be passed on as information, that is to say the time period over which the key is held down by the pianist and / or over which the damping pedal is pressed or the tone holding pedal is pressed. Information about the upward movement of the key or a key that is again in the rest position can also be transmitted.
  • MIDI format musical instrument digital interface
  • This MIDI data is now forwarded to a device 30.
  • This device 30 contains, among other things, a device 33 for tone control.
  • This device can also tap data from a memory for sound samples. Depending on the transmitted data from the sensors 15, those tones are stored in a memory 31. drawn partial tones of a tone, which correspond in their pitch to the tone played in each case.
  • This memory 31 ′ therefore serves as an external source of data, which will become the basis for the supply of additional vibration energy into the soundboard 20.
  • This data can contain frequencies stored individually for each tone, partial tone characteristics and parameters of the sound formation and decay phases.
  • the device 33 for. Tone control now makes output values from the data of the sensors 15 and data associated therewith from the memory 31 for the volume and the tone length of the tone played in each case available to a further device 34 for tone modification.
  • the correspondingly selectively selected tone supplement parameters thus leave any significant influences and enrichments for each individual tone with regard to its entire partial tone spectrum or partial tones selected from it in any composition during the sound formation phase, during the decay phase and / or during both phases by adding, amplifying and lengthening sound formation taking place in the soundboard 20.
  • control module 35 is provided in the illustrated embodiment.
  • This control module 35 can have predefined circuits, presets, regulators and / or screen-controlled software which are involved in the performance by the pianist or else others during the playing People can be operated or influenced. It is therefore possible to influence a certain piece in one way, for example, during a music performance, but in a completely different way later. This allows completely different characteristics of the individual pieces of music to be taken into account. For example, compositions from the Baroque period can be performed in a completely different partial tone composition, i.e. with a completely different sound pattern than, for example, pieces that were composed with different sound ideas in the 20th century.
  • changes can also be made during the individual piece of music, for example to influence different passages of a piece of music differently. For example, for certain moments within a piece of music, the impression can be created that the demonstration is taking place in a cathedral, in which, for example, corresponding reverberation effects are artificially caused by partial tone extensions, while this does not happen for the rest of the piece of music.
  • An amplifier unit 36 then amplifies the signals taken over by the device 34 for sound modification and the control module 35.
  • the extent of the amplification of the signals can also be determined via the control module 35 optionally via preset circuits, presets, controllers and / or screen-oriented control software.
  • the amplifier unit 36 ultimately provides the necessary energy so that the modified data from the preceding devices can also be fed into the soundboard 20 in an energy-efficient manner.
  • electromagnetically acting drive systems 25, 26 Depending on the size of the instruments and the volume of energy to be fed in additionally optionally, one or more sol ' rather driver systems 25, 26 installed on a musical instrument or on its soundboard 20.
  • the driver systems 25, 26 have coils attached to the soundboard 20, and furthermore, in three dimensions, special magnet systems and driver magnets which can be freely adjusted in space. It is advantageous if the driver systems 25, 26 have coils with a minimal weight and at the same time as high an efficiency as possible in the piano-specific frequency ranges.
  • the adjustable magnet systems used to drive the coils should be of high quality and the driver magnets should be as heavy as possible
  • the sensors 15 record the movements of the keys or the hammer heads or other moving parts in the mechanism 11 of the piano instrument 10. Midi data is generated from this.

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Abstract

Disclosed is a pianoforte instrument comprising a musical mechanism (11) with keys. Also provided are strings which are struck via a mechanism when the keys are actuated and are made to vibrate. The vibrations of the strings are transmitted to a sound board (20). A device (25, 26) is provided for delivering additional oscillation energy into the sound board (20). Also provided are sensors (15) which directly or indirectly detect actuation of the keys of the musical mechanism (11). The measured values of the sensors (15) are fed to a sound-amplifying device (30). The sound-amplifying device (30) is equipped with units (31, 33, 34, 35) which compile data corresponding to a desired characteristic sound in accordance with the measured values of the sensors (15). The sound-amplifying device (30) supplies the sound board (20) with additional oscillation energy via the delivering device (25, 26) according to the determined data.

Description

Pianoforteinstrument mit zusätzlicher Energieeinspeisung in den Resonanzboden und Verfahren zur Beeinflussung des Klanges eines Pianoforteinstrumentes Piano instrument with additional energy feed into the soundboard and method for influencing the sound of a piano instrument
Die Erfindung betrifft ein akustisches Pianoforteinstrurnent mit einem Spielwerk mit Tasten, mit Saiten, die über einen Mechanismus bei einer Betätigung der Tasten angeschlagen und in Schwingung versetzt werden, mit einem Resonanzboden, auf dem die Schwingungen der Saiten übertragen werden, und mit einer Einrichtung zur Einspeisung-zusätzlicher Schwingungsenergie in den Resonanzboden. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Beeinflussung des Klanges eines Pianoforteinstrumentes, mit einem Spielwerk mit Tasten, mit Saiten, die über einen Mechanismus bei einer Betätigung der Tasten angeschlagen und in Schwingung versetzt werden, mit einem Resonanzboden, auf den die Schwin- gungen der Saiten übertragen werden, und mit einer Einrichtung zur Einspeisung zusätzlicher Schwingungsenergie in den Resonanzboden.The invention relates to an acoustic piano instrument with a mechanism with keys, with strings that are struck and vibrated via a mechanism when the keys are actuated, with a soundboard on which the vibrations of the strings are transmitted, and with a device for feeding additional vibration energy in the soundboard. It also relates to a method for influencing the sound of a piano instrument, with a mechanism with keys, with strings that are struck by a mechanism when the keys are actuated and set in vibration, with a soundboard to which the vibrations of the strings are transmitted be, and with a device for feeding additional vibration energy into the soundboard.
Pianoforteinstrumente sind seit Jahrhunderten bekannt. Zu ihnen zählen in erster Linie Klaviere und Flügel. Das starke Interesse der musikalisch interessierten Öffentlichkeit an qualitativ hochwertigen akustischen Pianoforteinstrumenten hat seit dem Beginn der Entwicklung akustischer Pianoforteinstrumente vor rund 300 Jahren im Rahmen handwerklicher Intuition und wissenschaftlich untermauerter Entwicklungsprozesse zu ständig verbesserten Pianoforteinstrumenten geführt. Nach dem heutigen Stand der Technik lässt sich die erreichte Perfektion auf akustisch-mechanischem Weg nicht mehr signifikant steigern.Piano instruments have been known for centuries. They primarily include pianos and grand pianos. The keen interest of the musically interested public in high-quality acoustic piano instruments has led to continuously improved piano instruments since the development of acoustic piano instruments began around 300 years ago within the framework of technical intuition and scientifically substantiated development processes. According to the current state of the art, the perfection achieved can no longer be significantly increased in an acoustic-mechanical way.
Die Pianoforteinstrumente besitzen eine größere Zahl an Tasten, die durch mechanische Einwirkung Saiten zu Schwingungen anregen. Diese Saitenschwingungen werden dann wiederum auf einen Resonanzboden übertragen. Die Schwingungen dieses Resonanzbodens führen dann zu dem Klang, den der Pianist beziehungsweise sein Publikum zu hören bekommt, unter Umständen durch Eigenschaften des Raums beeinträchtigt, in dem das Pianoforteinstrument steht, beispielsweise durch Nachhall oder Dämpfung. Zusätzliche Möglichkeiten für die Klangwiedergabe von Pianoforteinstrumenten werden beispielsweise sehr erfolgreich durch die WO 90/03025 A1 der Anmelderin vorgeschlagen. Hier wird eine zusätzliche Energieeinspeisung in die Resonanzböden akustischer Pianoforteinstrumente durch Treibersysteme eingesetzt. Diese Systeme führen dem Resonanzboden mit Hilfe eines Systems aus Magneten und Spulen Schwingungsenergie zu.The pianoforte instruments have a large number of keys that cause strings to vibrate through mechanical action. These string vibrations are then transferred to a soundboard. The vibrations of this soundboard then lead to the sound that the pianist or his audience can hear, possibly impaired by properties of the room in which the piano forte is located, for example by reverberation or damping. Additional possibilities for the sound reproduction of piano instruments are proposed, for example, very successfully by the applicant's WO 90/03025 A1. Here, additional energy is fed into the soundboards of acoustic piano instruments using driver systems. These systems deliver vibration energy to the soundboard with the help of a system of magnets and coils.
Andere Vorschläge für sogenannte Digitalpianos mit ähnlichen Mechanismen sind aus der EP 0 102 379 B1 , der WO 83/03022 A1 , der US-PS 5,247,129 und der WO 00/36586 A2 bekannt.Other proposals for so-called digital pianos with similar mechanisms are known from EP 0 102 379 B1, WO 83/03022 A1, US Pat. No. 5,247,129 and WO 00/36586 A2.
Derartige Systeme dienen insbesondere dazu, den Resonanzboden des Klaviers oder sonstigen Pianoforteinstruments zugleich als eine Art Lautsprechermembran für die Wiedergabe von Musik und Sprache zu verwenden. Zum einen kann dadurch auch eine zeitversetzte Wiedergabe der auf dem Pianoforteinstrument gespielten Musik erfolgen, zum anderen der Pianist auch während seines Spiels mit einer künstlichen Begleitung versehen werden. Während des Spielens kann alternativ eine "Stummschaltung" erfolgen, um eine beispielsweise beim Üben unerwünschte Klang- und damit Geräuschentstehung zu verhindern. Die aufgezeichneten Klangfolgen können später in den Resonanzboden eingeführt und dieser als Lautsprechermembran zur Erzeugung eines relativ "originalgetreuen" Klanges verwendet werden.Such systems are used in particular to use the soundboard of the piano or other piano instrument as a kind of loudspeaker membrane for the reproduction of music and speech. On the one hand, this enables the music played on the piano forte to be played back with a time delay, and on the other hand the pianist can also be provided with an artificial accompaniment while he is playing. As an alternative, a "muting" can be carried out while playing, in order to prevent, for example, undesirable sound and thus noise generation when practicing. The recorded sound sequences can later be inserted into the soundboard and used as a loudspeaker membrane to produce a relatively "true to the original" sound.
Aus der US-PS 5,262,586 ist eine weitere Anwendung extern erzeugter Schwin- gungsenergie beschrieben, die in den Resonanzboden akustischer Pianoforteinstrumente zugeführt wird. Als Tonquelle für die Generierung der zu den gespielten Klangbildern hinzuzuspeisenden Schwingungsenergie dienen hier die von dem Pianoforteinstrument selbst akustisch erzeugten Töne. Diese werden über Klangaufnehmer am oder in der Nähe des Resonanzbodens des Instrumentes aufgezeichnet, beispielsweise akustisch oder induktiv. Sie werden dann in den Resonanzboden wiederum als zusätzliche Energie zurückgeführt. Es entsteht eine Art künstlicher Verstärkung der durch die Tasten mechanisch erzeugten Töne in einem geschlossenen System. Auf diese Weise kann eine unbefriedi- gende Lautstärke des Spiels beispielsweise in sehr großen Räumen ausgeglichen werden.Another application of externally generated vibration energy is described in US Pat. No. 5,262,586, which is fed into the soundboard of acoustic piano instruments. The sounds generated acoustically by the piano instrument itself serve as the sound source for the generation of the vibration energy to be added to the played sound images. These are recorded via sound recorders on or near the soundboard of the instrument, for example acoustically or inductively. They are then returned to the soundboard as additional energy. A kind of artificial amplification of the sounds mechanically generated by the keys is created in a closed system. In this way, an unsatisfactory be balanced volume of the game, for example, in very large rooms.
Ein gewisses Problem ist der Rückkopplungseffekt,- der sich bei einer zu hohen Energiezuführung herausstellen kann, da der in zusätzliche Resonanz versetzte Resonanzboden natürlich auch wieder auf die Klangaufnehmer wirken kann.A certain problem is the feedback effect, - which can emerge if the energy supply is too high, since the soundboard, which is set in additional resonance, can of course also have an effect on the sound recorders.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Pianoforteinstrumente vorzuschlagen, die noch weitere Möglichkeiten besitzen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, Verfahren zur Beeinflussung des Klanges eines Pianoforteinstrumentes mit zusätzlichen Möglichkeiten vorzuschlagen.In contrast, the object of the invention is to propose piano instruments which have further possibilities. Another task is to propose methods for influencing the sound of a piano instrument with additional options.
Die erste Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Sensoren vorgesehen sind, die die Betätigung der Tasten des Spielwerks mittelbar oder unmittelbar detektieren, dass eine Einrichtung zur Klangerweiterung vorhanden ist, der die Messwerte der Sensoren zugeführt werden, dass die Einrichtung zur Klangerweiterung mit Einrichtungen ausgerüstet ist, die abhängig von den Messwerten der Sensoren Daten zusammenstellen, die einem gewünschten Klangcharaktenstikum entsprechen, und dass die Einrichtung zur Klangerweiterung über die Einrichtung zur Einspeisung zusätzliche Schwingungsenergie entsprechend den ermittelten Daten dem Resonanzboden zuführt.The first object is achieved in that sensors are provided which directly or indirectly detect the actuation of the keys of the game mechanism, that a device for sound expansion is available, to which the measured values of the sensors are supplied, and that the device for sound expansion is equipped with devices, which, depending on the measured values of the sensors, compile data which correspond to a desired sound characteristic, and that the device for expanding the sound supplies additional vibrational energy to the soundboard in accordance with the determined data via the device for feeding in.
Die zweite Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mittels Sensoren die Betätigung der Tasten des Spielwerks mittelbar oder unmittelbar detektiert wird, dass einer Einrichtung zur Klangerweiterung die Messwerte der Sensoren zugeführt werden, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die abhängig von den Messwerten der Sensoren Daten zusammenstellen, die einem gewünschten Klangcharaktenstikum entsprechen, und dass die Einrichtung zur Klangerweiterung über die Einrichtung zur Einspeisung zusätzliche Schwingungsenergie entsprechend den ermittelten Daten dem Resonanzboden zuführt.The second object is achieved in that the actuation of the keys of the game mechanism is detected directly or indirectly by means of sensors, that the measured values of the sensors are fed to a device for expanding the sound, that devices are provided which collect data that depend on the measured values of the sensors correspond to a desired sound characteristic, and that the device for expanding the sound supplies additional vibration energy to the soundboard via the device for feeding in according to the determined data.
Die erfindungsgemäße Ausstattung von Tasteninstrumenten mit akustischer Klangerzeugung, insbesondere von Pianoforteinstrumenten, ermöglicht die Verlängerung und/oder Verstärkung der vorhandenen Klangspektren sowohl eines jeden einzelnen Tones insgesamt als auch die Veränderung einzelner oder einer Mehrzahl ausgewählter Teiltöne aus den Klangspektren der einzelnen Töne und ermöglicht dadurch auch die Veränderung der Klangphasen einzelner Töne. Dies geht jeweils einher mit einem erweiterten Resonanzverhalten der harmonisch mitschwingenden Töne / Teiltöne anderer Tonbereiche des Instrumentes und außerdem mit verstärkten und/oder verlängert andauernden Eigenschwingungen der schwingenden Klangsaiten des betreffenden Tones. Dadurch werden signifikante Veränderungen der Klangphasen einzelner Töne, einer Vielzahl oder aller Töne und damit die Verlängerung, Verstärkung, Verände- rung und/oder Erweiterung der Klangbilder und des Klangcharakters des Instrumentes ermöglicht, und zwar sogar wahlweise bei einzelnen Tönen, komplexen Tonsequenzen, in ausgewählten Tonlagen oder über den gesamten Tonumfang des erfindungsgemäß ausgestatteten Instrumentes.The equipment according to the invention of keyboard instruments with acoustic sound generation, in particular of piano instruments, enables both the extension and / or amplification of the available sound spectra of each individual tone as a whole as well as the change of individual or a plurality of selected partial tones from the sound spectra of the individual tones and thereby also enables the change of the sound phases of individual tones. This goes hand in hand with an expanded resonance behavior of the harmonically resonating tones / partials of other tone ranges of the instrument and also with increased and / or prolonged natural vibrations of the vibrating sound strings of the relevant tone. This enables significant changes in the sound phases of individual tones, a large number or all tones and thus the extension, amplification, change and / or expansion of the sound images and the sound character of the instrument, and even selectively with individual tones, complex tone sequences in selected tones Pitches or over the entire range of the instrument equipped according to the invention.
Die zusätzliche Schwingungsenergie wird quasi in Echtzeit ohne Verzögerung zugeführt.The additional vibration energy is supplied in real time without delay.
Die Klangerweiterung wird bewirkt durch die zusätzliche Einspeisung von extern erzeugter Schwingungsenergie, welche dem Resonanzboden vorzugsweise über Resonanzbodentreiber zugeführt wird. Die zusätzliche Schwingungsenergie dient dazu, dem nach dem Stand der Technik in dem membranartig schwingenden Resonanzboden üblichen Verzehr der von den schwingenden Klangsaiten aufgenommenen Energie in frei bestimmbaren Umfang entgegenzuwirken. Die zusätzliche Schwingungsenergie kumuliert also in dem membranartig schwingenden Resonanzboden mit der von den vibrierenden Klangsaiten akustisch erzeugten Schwingungsenergie und mischt sich im Resonanzboden zu den auf diese Weise erweiterten Klangbildern (Klangspektren) der einzelnen Töne und in der Konsequenz zu erweiterten Klangbildern.The sound expansion is brought about by the additional feed of externally generated vibration energy, which is preferably fed to the soundboard via soundboard drivers. The additional vibration energy serves to counteract the consumption of the energy absorbed by the vibrating sound strings, which is customary in the prior art in the membrane-like resonating soundboard, in a freely definable extent. The additional vibration energy thus accumulates in the membrane-like resonating soundboard with the vibration energy generated acoustically by the vibrating sound strings and mixes in the sounding board to the sound images (sound spectra) expanded in this way and, consequently, to expanded sound images.
Anders als etwa bei der US-PS 5,262,586 wird nicht etwa der bereits erzeugte Klang am schwingenden Resonanzboden durch die Sensoren abgegriffen, sondern die "Ursache" des Klanges, nämlich die Betätigung der Klaviertaste, etwa durch Beobachtung der Hammerkopfeinheit und ihres Verhaltens. Damit aber kann bereits zeitlich viel früher eingegriffen werden, nämlich bei der Klangbil- dungsphase, dem Entstehen der Schwingungen des Resonanzbodens. Systembedingt werden so unerwünschte Rückkopplungen vermieden und natürlich auch ganz andere Klangmodifikationen möglich. Erfindungsgemäß kann quasi in "Echtzeit" gearbeitet werden.In contrast to US Pat. No. 5,262,586, it is not the sound already generated on the vibrating soundboard that is picked up by the sensors, but rather the "cause" of the sound, namely the actuation of the piano key, for example by observing the hammer head unit and its behavior. However, this means that it is possible to intervene much earlier, namely with the sound image phase, the development of the vibrations of the soundboard. Due to the system, unwanted feedback is avoided and of course completely different sound modifications are possible. According to the invention, it is possible to work virtually in "real time".
Die vorliegende Erfindung entnimmt die Informationen oder Dateneingänge nicht von sekundären Quellen. Natürlich ging der Fachmann bisher davon aus, dass eine schwingende Saite, ein schwingender Resonanzboden etc. genau der Klang ist, den er bei einer Trennung und anschließenden Verwendung der Informationen wiedergegeben haben möchte. Der Fachmann will genau den Originalkiang der schwingenden Saite reproduzieren. Aus seiner Sicht war die schwingende Saite bisher die primäre Quelle. Dies scheint zunächst logisch und folgerichtig. Erst die Erfindung in der vorliegenden Anmeldung erkennt, dass dies falsch ist und verwendet die wahrhaft primäre Quelle der Informationen: Die Tastenbewegung.The present invention does not extract the information or data inputs from secondary sources. Of course, the expert has previously assumed that a vibrating string, a vibrating soundboard, etc. is exactly the sound that he would like to have reproduced when the information was separated and then used. The expert wants to reproduce exactly the original string of the vibrating string. In his view, the vibrating string has been the primary source so far. At first, this seems logical and logical. Only the invention in the present application recognizes that this is wrong and uses the truly primary source of information: the key movement.
Es wird nicht der eigentliche interessierende Klang, sondern die Grundlage, also der Ursprung des Klanges verwendet, nämlich durch Sensoren, die die Geschwindigkeit oder Stellung der Tasten abgreifen und die Information über diese Sensoren wird anschließend weiterverarbeitet. Dies führt zu einer völlig anders gelagerten grundsätzlichen Weiterbehandlung der „Ursachen" der Musik und auch für das Verhalten der gesamten Anlage. So können eben nicht nur Klänge reproduziert oder vielleicht durch einfache Verstärkung in größerer Lautstärke wiedergegeben werden, sondern der Wunsch und Wille des Pianisten bei der Betätigung seiner Tasten kann völlig anders und eben wie vom Pianisten gewünscht verwendet werden, um einen Musikklang zu erzeugen, der gemäß einer Anlage der US-PS 5,262,586 überhaupt nicht möglich wäre. Mit den erfindungsgemäßen und in der Anmeldung beschriebenen Maßnahmen können zum Beispiel Informationen über den Aufstellungsort und den Hall eines Auditoriums bei der Wiedergabe des Klanges oder auch der Benutzung der Daten berücksichtigt werden, die bei der ursprünglichen Aufzeichnung noch gar nicht vorhanden waren.It is not the actual sound of interest that is used, but the basis, i.e. the origin of the sound, namely by sensors that measure the speed or position of the keys and the information about these sensors is then processed further. This leads to a completely different basic treatment of the "causes" of the music and also for the behavior of the entire system. This means that not only can sounds be reproduced or perhaps reproduced at a higher volume by simple amplification, but also the desire and will of the pianist the actuation of its keys can be used in a completely different way and exactly as desired by the pianist in order to produce a musical sound which would not be possible at all according to an installation of US Pat. No. 5,262,586 the location and the reverberation of an auditorium are taken into account when reproducing the sound or using the data that was not available at the time of the original recording.
Anders als beim Stand der Technik wird auch der einzige Ton beziehungsweise die einzelne Taste berücksichtigt, wobei jede einzelne differenziert behandelt werden kann. In der US-PS 5,262,586 wird ja der gesamte entstandene Klangeindruck insgesamt undifferenziert nach der Entstehung als Grundlage für dann erst folgende Modifikationen genommen.In contrast to the prior art, the single tone or the individual key is also taken into account, with each individual being treated differently can be. In US Pat. No. 5,262,586, the overall sound impression that is created is taken as a basis for the following modifications, which is then undifferentiated after being created.
Die Intensität des Aufpralls der Hammerköpfe auf die Klangsaiten bestimmt das Maß der Energieübertragung auf die Klangsaiten und ist somit bestimmend für das Schwingungsverhalten der Klangsaiten.The intensity of the impact of the hammer heads on the sound strings determines the degree of energy transfer to the sound strings and is therefore decisive for the vibration behavior of the sound strings.
Das Maß der Energieübertragung ist in weiten Grenzen beeinflussbar durch die Art des Anschlages der Tasten, die Abstimmung der Hebelsysteme aufeinander (Regulierung) und die Charakteristika der Hammerköpfe (Gewicht, Größe, Form, Material und Intonation). Das bedeutet:The degree of energy transmission can be influenced within wide limits by the way the keys are pressed, the coordination of the lever systems (regulation) and the characteristics of the hammer heads (weight, size, shape, material and intonation). That means:
Extremes Pianissimo (ppp) ist eine Folge der minimal möglichen Beschleunigung der Hammerköpfe auf ihrem Weg zu den Klangsaiten, so dass die Hammerköpfe bei ihrem Aufprall auf die Klangsaiten nur eine minimales Maß an Energie auf die Klangsaiten übertragen. Diese minimal mögliche Energieübertragung führt dazu, dass die Klangsaiten zu minimalen Schwingungen angeregt werden und somit ein Minimum an Schwingungsenergie über die Klangstege in den Resonanzbo- den gelangt, so dass dieser nur in minimaler Weise schwingt und somit extrem leise Töne, Tonfolgen bzw. Klangbilder hörbar werden.Extreme pianissimo (ppp) is a consequence of the minimally possible acceleration of the hammer heads on their way to the sound strings, so that the hammer heads transfer only a minimal amount of energy to the sound strings when they strike the sound strings. This minimally possible energy transfer leads to the sound strings being excited to minimal vibrations and thus a minimum of vibrational energy reaching the resonance floor via the sound bars, so that it vibrates in a minimal manner and thus extremely quiet tones, tone sequences or sound patterns are audible become.
Extremes Fortissimo (fff) ist eine Folge der maximal möglichen Beschleunigung der Hammerköpfe auf ihrem Weg zu den Klangsaiten, sodass die Hammerköpfe bei ihrem Aufprall auf die Klangsaiten ein maximales Maß an Energie auf die Klangsaiten übertragen. Diese maximal mögliche Energieübertragung führt dazu, dass die Klangsaiten zu ihren maximal möglichen Schwingungen angeregt werden und somit ein Maximum an Schwingungsenergie über die Klangstege in den Resonanzboden gelangt, so dass dieser in seiner maximal möglichen Weise schwingt und somit extrem laute Töne, Tonfolgen bzw. Klangbilder hörbar werden.Extreme fortissimo (fff) is a consequence of the maximum possible acceleration of the hammer heads on their way to the sound strings, so that the hammer heads transfer a maximum amount of energy to the sound strings when they strike the sound strings. This maximum possible energy transfer leads to the sound strings being excited to their maximum possible vibrations and thus a maximum of vibrational energy reaching the soundboard via the sound bars, so that it vibrates in its maximum possible manner and thus extremely loud tones, tone sequences or sound patterns become audible.
In allen Lautstärkepegeln sind die Form und das Gewicht der Hammerköpfe, die Qualität der Hammerkopffilze, die Spannung innerhalb der Filzschichten und die Art der Intonation von Bedeutung hinsichtlich des Teiltonaufbaus einzelner Töne, wobei sich dieser Teiltonaufbau in den ersten Millisekunden unmittelbar nach Aufprall des Hammerkopfes auf die Klangsaiten bildet und somit für die Klangbildungsphase von entscheidender Bedeutung ist.At all volume levels are the shape and weight of the hammer heads, the quality of the hammer head felts, the tension within the felt layers and the Type of intonation of importance with regard to the partial tone structure of individual tones, whereby this partial tone structure forms in the first milliseconds immediately after the hammer head impacts the sound strings and is therefore of crucial importance for the sound formation phase.
Also ist eine Beobachtung der Bewegung der Hammerkopfeinheit durch die Sensoren von erheblichem Vorteil.So observing the movement of the hammer head unit by the sensors is of considerable advantage.
Als Quelle der zusätzlich zugeführte Energie dienen bevorzugt extern gespei- cherte vorzugsweise digitale Tonsamples, welche in beliebiger Mischung und in beliebiger Energie dem Resonanzboden zugeführt werden können, so dass jeder einzelne Ton in seinem Teiltonspektrum und in seinen einzelnen Klangphasen gestaltbar ist. Gleichzeitig wird durch den Einsatz der Tonsamples als externe Energiequelle jeglicher Rückkopplungseffekt vermieden, so dass das Maß an in den Resonanzboden zuführbarer zusätzlicher Schwingungsenergie nicht an die Grenzen eines Rückkopplungseffektes gebunden ist, sondern seine Grenzen ausschließlich in der mechanischen Belastbarkeit der vibrierenden Komponenten des Klangkörpers, insbesondere des Resonanzbodens findet. Das Wort "Energiequelle" ist hier im übertragenen, nicht im physikalischen Sinn zu verstehen: Der Speicher mit den Tonsamples enthält die Daten für die Schwingungsenergie, nicht die Energie selbst, die beispielsweise über einen Verstärker eingekoppelt wird.The source of the additionally supplied energy is preferably externally stored, preferably digital, sound samples which can be supplied to the soundboard in any mixture and in any energy, so that each individual tone can be designed in its partial tone spectrum and in its individual sound phases. At the same time, the use of the sound samples as an external energy source avoids any feedback effect, so that the amount of additional vibration energy that can be fed into the soundboard is not restricted to the limits of a feedback effect, but rather its limits only in the mechanical resilience of the vibrating components of the sound body, in particular that Soundboard takes place. The word "energy source" is to be understood here in the figurative sense, not in the physical sense: the memory with the sound samples contains the data for the vibration energy, not the energy itself, which is coupled in, for example, via an amplifier.
Für den Musiker, speziell den Pianisten, wird es durch die Erfindung möglich, seine Einflussnahme auf die von ihm gespielte Musik noch weiter zu erstrecken: Neben dem Musikstück und seiner Interpretation desselben kann er praktisch beliebig klanglich "festlegen", ob er in einem großen oder kleinen Raum spielt, welchen Klaviertyp er benutzt, nach welcher Fasson dieser gestimmt ist und welche besonderen Akzente er setzen möchte, und dass auch noch von Musik- stück zu Musikstück unterschiedlich. Auch Lautstärke und Geschwindigkeit werden nicht mehr vom Instrument unnötig begrenzt.For the musician, especially the pianist, the invention makes it possible to extend his influence on the music he plays: in addition to the piece of music and its interpretation, he can "determine" the sound practically as desired, whether he is in a large or small room plays, which type of piano he uses, which style it is tuned to and which special accents he wants to set, and that also varies from piece of music to piece of music. Volume and speed are no longer unnecessarily limited by the instrument.
Anders als bei dem etwa aus der WO 90/03025 A bekannten stummschaltbaren Pianos mit späterer relativ originalgetreuer Wiedergabe ist eine gezielte und insbesondere fast nicht zeitverzögerte- Klangoptimierung und Anpassung an bestimmte Randbedingungen möglich, beispielsweise ein Ausgleichen von ungünstigen Raum- und Hallverhältnissen, ein Simulieren eines anderen Klaviermodells oder eine sehr konkret gewünschte Verstärkung oder Abschwächung etwa nur der 500 Hz-Schwingung eines ganz bestimmten Tones -ohne dass die 500 Hz-Schwingungen anderer Töne mit beeinflusst werden.In contrast to the mute pianos known from WO 90/03025 A with later relatively true to the original reproduction, a targeted and In particular, almost no time-delayed sound optimization and adaptation to certain boundary conditions possible, for example, a compensation of unfavorable room and reverb conditions, a simulation of another piano model or a very specifically desired amplification or attenuation, for example, only of the 500 Hz oscillation of a very specific tone - without that the 500 Hz vibrations of other tones are also influenced.
Die erfindungsgemäße Konzeption lässt sich darüber hinaus auch bei existierenden Pianoforteinstrumenten nachrüsten - ein wesentlicher Vorteil gerade bei wertvollen Exemplaren. The concept according to the invention can also be retrofitted to existing piano instruments - a significant advantage, especially in the case of valuable copies.
Im Folgenden werden anhand der Zeichnung die Grundlagen der Erfindung sowie einige Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The basics of the invention and some exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Figur 1 ein typisches Schwingungsbild eines auf akustischem Weg erzeugten Grundtones eines Musikinstrumentes;FIG. 1 shows a typical vibration pattern of a basic tone of a musical instrument generated acoustically;
Figur 2 ein Schwingungsbild mit Details der Klangbildungsphase und derFigure 2 is a vibration pattern with details of the sound formation phase and the
Abklingphase eines Tones;Decay phase of a tone;
Figur 3 die Phasen aus Figur 2 in schematischer Darstellung mit vier der hörbaren Teiltöne;Figure 3 shows the phases of Figure 2 in a schematic representation with four of the audible partials;
Figur 4 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer Verstärkung der Klangbildungsphase;FIG. 4 shows the schematic representation from FIG. 3 with an amplification of the sound formation phase;
Figur 5 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer Verstärkung und Verlängerung der Klangbildungsphase;Figure 5 shows the schematic representation of Figure 3 with an amplification and extension of the sound formation phase;
Figur 6 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer Verlängerung und Verstärkung der Abklingphase;FIG. 6 shows the schematic illustration from FIG. 3 with an extension and intensification of the decay phase;
Figur 7 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer Verlängerung und Verstärkung sowohl der Klangbildungs- als auch der Abkling- phase;FIG. 7 shows the schematic illustration from FIG. 3 with an extension and amplification of both the sound formation and the decay phase;
Figur 8 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer gezielten Verstärkung der Klangbildungsphase nur bei ausgewählten Teiltönen;FIG. 8 shows the schematic illustration from FIG. 3 with a targeted amplification of the sound formation phase only for selected partials;
Figur 9 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer gezieltenFigure 9 shows the schematic representation of Figure 3 with a targeted
Verlängerung und Verstärkung der Abklingphase nur bei ausgewählten Teiltönen; Figur 10 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer Verlängerung und Verstärkung der Klangbildungs- und Abklingphasen bei nur ausgewählten Teiltönen;Extension and amplification of the decay phase only for selected partials; FIG. 10 shows the schematic illustration from FIG. 3 with an extension and amplification of the sound formation and decay phases with only selected partials;
Figur 11 die schematische Darstellung aus Figur 3 mit einer unterschiedlichen Verlängerung und Verstärkung der Klangbildungs- und Abklingphasen unterschiedlicher Teiltöne; undFIG. 11 shows the schematic illustration from FIG. 3 with a different extension and amplification of the sound formation and decay phases of different partials; and
Figur 12 eine schematische Darstellung des technischen Aufbaues einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.Figure 12 is a schematic representation of the technical structure of an embodiment of the arrangement according to the invention.
Figur 1 zeigt das typische Schwingungsbild eines auf akustischem Weg erzeugten Grundtones H eines Flügels (oben) oder eines Pianos (unten). Der Grundton H besitzt eine Vielzahl von sogenannten harmonischen oder Teiltönen. Diese harmonischen beziehungsweise Teiltöne eines jeden Grundtones bilden das jeweilige Klangspektrum beziehungsweise Teiltonspektrum des entsprechenden Tones.FIG. 1 shows the typical vibration pattern of an acoustic tone H of a grand piano (above) or a piano (below). The root note H has a large number of so-called harmonic or partials. These harmonic or partial tones of each fundamental tone form the respective sound spectrum or partial tone spectrum of the corresponding tone.
Dabei können die Töne von guten akustischen Pianoforteinstrumenten eine Vielzahl von Teiltönen aufweisen. Man geht davon aus, dass für das menschliche Ohr bei guten akustischen Pianoforteinstrumenten bis zu etwa 13 hörbare Teiltöne aufgebaut werden.The tones of good acoustic piano instruments can have a large number of partials. It is assumed that up to about 13 audible partials are built for the human ear with good acoustic piano instruments.
In Figur 1 sind hiervon nun 8 Teiltöne mit ihrem Schwingungsbild dargestellt, und zwar in angedeuteter dreidimensionaler Form in ihrem zeitlichen Verlauf.In Figure 1, 8 partials of this are now shown with their vibration pattern, namely in a three-dimensional form as indicated in their temporal course.
Das Spektrogramm zeigt von links nach rechts die für diese Darstellung gewählte Anzahl der Teiltöne mit ihrer Frequenz f in Hertz und von oben nach un- ten den Verlauf der Abklingphasen der dargestellten Teiltöne, also die Zeitachse t in Sekunden. Nach oben von der Zeitachse aufragend ist der relative Schalldruckpegel in dB aufgetragen. Die Klangbildungsphase ist hier zur Über- sichtlichkeit weggelassen. Der Schwingungsverlauf der einzelnen Teiltöne ist dabei ständigen Variationen unterworfen. Er ändert sich fortlaufend in seiner Zu- sammensetzung und Intensität der einzelnen Teiltöne zueinander, so dass daraus der typische Klavierklang entsteht. Bei anderen Musikinstrumenten hört sich der gleiche Grundton H aus diesem Grund für das menschliche Ohr anders an, so dass der Hörer problemlos einen Grundton H von einem Klavier von einem Grundton H einer Gitarre unterscheiden kann. Das geschulte Ohr eines Musikers, Musikliebhabers und Fachmanns kann auch den typischen Klang ein und desselben Grundtones gespielt auf verschiedenen Klaviermodellen unterscheiden, da auch von Klavier zu Klavier der typische zeitliche Ablauf der einzelnen Teiltöne voneinander mehr oder weniger abweicht.The spectrogram shows from left to right the number of partials chosen for this display with their frequency f in Hertz and from top to bottom the course of the decay phases of the partials shown, ie the time axis t in seconds. The relative sound pressure level in dB rises upwards from the time axis. The sound formation phase is omitted here for clarity. The course of the vibrations of the individual partials is subject to constant variations. It changes continuously in its composition and intensity of the individual partials to each other, so that this creates the typical piano sound. For other musical instruments, the same root H sounds different for the human ear for this reason, so that the listener can easily distinguish a root H of a piano from a root H of a guitar. The trained ear of a musician, music lover and specialist can also distinguish the typical sound of one and the same basic tone played on different piano models, since the typical chronological sequence of the individual partials also deviates more or less from piano to piano.
Der Teiltonaufbau mit seinen Schwingungsbildern verändert sich fortlaufend in variierenden Formen während der Klangbildungsphase und der Abklingphase. Er ist auch abhängig von der Spielweise des Pianisten (laut, leise, Staccato, Legato, mit/ohne Dämpferpedal, mit/ohne Tonhaltung, etc.).The partial tone structure with its vibration patterns changes continuously in varying forms during the sound formation phase and the decay phase. It also depends on the pianist's playing style (loud, quiet, staccato, legato, with / without damper pedal, with / without tone, etc.).
Die erwähnten Veränderungen im zeitlichen Verlauf der einzelnen Teiltöne und der dadurch entstehende unterschiedliche Klang der Zusammensetzung erstrecken sich über die gesamte Zeitperiode vom Moment des Aufpralls eines Hammerkopfes auf die Klangsaiten während der in dem Spektrogramm nicht darge- stellten Klangbildungsphase und während der im Spektrogramm gezeigten Dauer der gesamten Abklingphase bis zum endgültigen Ausschwingen der Klangseiten. Die Veränderungen stehen außerdem in sich ständig verändernder Interaktion mit den anderen Teiltönen des gleichen Grundtones und auch in Interaktion mit den Grund- und Teiltönen anderer Töne innerhalb des gesamten Tonumfanges des Instrumentes, welche in harmonischer Verwandtschaft mit dem angeschlagenen Ton und dessen Teiltönen stehen.The changes mentioned in the temporal course of the individual partials and the resulting different sound of the composition extend over the entire time period from the moment a hammer head strikes the sound strings during the sound formation phase not shown in the spectrogram and during the duration shown in the spectrogram entire decay phase until the sound sides finally settle out. The changes are also in a constantly changing interaction with the other partials of the same fundamental and also in interaction with the fundamental and partials of other tones within the entire range of the instrument, which are in harmonic relationship with the struck tone and its partials.
In Figur 2 ist der hörbare Klangverlauf eines ausgewählten Tones ohne die Einspeisung zusätzlicher Schwingungsenergie dargestellt, also der Verlauf ohne Anwendung der Erfindung. Wiedergegeben ist der Ton insgesamt ohne eine Darstellung des darin enthaltenen Teiltonspektrums. Nach rechts ist die Zeit aufgetragen, nach oben wiederum die Intensität beziehungsweise der Schalldruckpegel. Wie in Figur 2 gut zu erkennen ist, beginnt die Klangbildungsphase B mit dem Moment A ό s Aufpralls eines Hammerkopfes auf die Klangsaiten und den damit einsetzenden Schwingungen der Klangsaiten und endet zu dem Zeitpunkt C, an dem die Klangsaiten die Aufprallenergie in das Maximum der Schwingungsener- gie umgewandelt haben und die Abklingphase D beginnt.FIG. 2 shows the audible sound curve of a selected tone without the additional vibration energy being fed in, that is to say the curve without applying the invention. The sound as a whole is reproduced without a representation of the partial tone spectrum contained therein. The time is plotted to the right, the intensity and the sound pressure level in turn upwards. As can be clearly seen in FIG. 2, the sound formation phase B begins with the moment A ό s impact of a hammer head on the sound strings and the vibrations of the sound strings that begin with it, and ends at the time C at which the sound strings convert the impact energy into the maximum of the vibration generators - have converted gie and the decay phase D begins.
Während der Klangbildungsphase - auch Einschwingperiode genannt - beginnt jede einzelne Klangsaite in ihrem Grundton und den dazugehörigen Teiltönen zu schwingen. Die Abklingphase schließt sich fließend an das Ende der Klangbil- dungsphase an und endet mit dem Moment E, da die Schwingungsenergie in den Klangsaiten aufgezehrt ist.During the sound formation phase - also known as the settling period - each individual sound string begins to vibrate in its fundamental tone and the associated partials. The decay phase follows the end of the sound formation phase and ends with the moment E, since the vibrational energy in the sound strings is used up.
Die Darstellung zeigt unter anderem auch, dass auch die Abklingphase keineswegs nur einen rein abfallenden Verlauf nimmt, sondern dass der hörbare Klangverlauf durchaus Wendepunkte und Maxima aufweist. Gerade diese Effekte beeinflussen ja auch den Klangeindruck, den ein bestimmter Ton bei einem bestimmten Musikinstrument hervorruft. Die dargestellten Verläufe sind hier rein beispielhaft gewählt, also bei verschiedenen Tönen durchaus unterschiedlich.The illustration also shows, among other things, that the decay phase in no way only takes a purely sloping course, but that the audible sound course definitely has turning points and maxima. It is precisely these effects that also influence the sound impression that a certain tone produces in a certain musical instrument. The courses shown are chosen here purely by way of example, that is to say they are quite different for different tones.
In der Figur 3 sind nun die Klangbildungsphasen und Abklingphasen in schema- tischer Darstellung wesentlich vereinfacht am Beispiel von nur vier gezeigten der oben erwähnten bis zu 13 hörbaren Teiltöne dargestellt. Figur 3 gilt im Folgenden als Referenzabbildung für die Veränderungen, die sich bei entsprechender Einflussnahme darstellen.In FIG. 3, the sound formation phases and decay phases are shown in a substantially simplified manner using the example of only four of the above-mentioned up to 13 audible partials shown. In the following, FIG. 3 is used as a reference figure for the changes that occur with the appropriate influence.
Die folgenden Figuren zeigen nun, dass verschiedene Formen der Veränderung und Beeinflussung des Klanges durch die erfinderische Konzeption möglich werden. Die Darstellungen sind in einer quasi dreidimensionalen Form erfolgt. Von links nach rechts ist aber jeweils die Zeit aufgetragen, von unten nach oben die Intensität eines bestimmten Teiltones und von vorne nach hinten sind nacheinander vier ausgewählte Teiltöne aufgetragen. Es entsteht also eine vereinfachte Darstellung des Teiltonspektrums eines Tones. Abgebildet ist jeweils der hörbare Klangverlauf der Vierteiltöne. Mit der durchgezogenen Linie L wird der von den schwingenden Klangsaiten eines Pianoforteinstrumentes ohne Einspeisung zu- sätzlicher Schwingungsenergie erzeugte Klang dargestellt. Mit der stark gepunkteten Linie M ergibt sich der Klangverlauf der gleichen Teiltöne, wenn zusätzlich zu dem von den schwingenden Klangsaiten generierten Klangverlauf noch eine Einspeisung zusätzlicher Schwingungsenergie erfolgt, wobei die Art und Form dieser Einspeisung in den folgenden Beschreibungen noch näher erläutert wird.The following figures show that various forms of changing and influencing the sound are possible through the inventive concept. The representations are made in a quasi three-dimensional form. However, the time is plotted from left to right, the intensity of a certain partial tone from bottom to top, and four selected partial tones are plotted in succession from front to back. The result is a simplified representation of the partial tone spectrum of a tone. The audible sound curve of the four-part tones is shown in each case. The solid line L is used by the vibrating sound strings of a piano instrument without feeding sound produced by additional vibration energy. With the strongly dotted line M, the sound curve of the same partials results if, in addition to the sound curve generated by the vibrating sound strings, additional vibration energy is fed in, the type and form of this feed being explained in more detail in the following descriptions.
Die dünn gepunktete Linie N berücksichtigt, dass nun auch ein verstärktes Mitschwingen der Klangsaiten selbst erfolgt.The thinly dotted line N takes into account the fact that the sound strings themselves are now also resonating to a greater extent.
Figur 4 zeigt, wie in der Klangbildungsphase Schwingungsenergie zusätzlich eingespeist wird und so eine Verstärkung des gesamten Tones über sämtliche Teiltöne hinweg eintritt. Wenn diese Veränderung vorgenommen wird, ändert sich in erster Linie für den Hörer der Eindruck hinsichtlich Härte und Lautstärke des Anschlages.FIG. 4 shows how vibration energy is additionally fed in during the sound formation phase and thus an amplification of the entire tone occurs across all partials. When this change is made, the impression of the hardness and volume of the attack changes primarily for the listener.
Figur 5 zeigt in ähnlicher Form, dass die Klangbildungsphase sowohl verstärkt als auch verlängert wird, in dem hier Schwingungsenergie eingespeist wird.FIG. 5 shows in a similar form that the sound formation phase is both amplified and extended by vibrational energy being fed in here.
Figur 6 zeigt eine unveränderte Klangbildungsphase, dafür wird die Abklingphase verlängert und verstärkt, und zwar wiederum für den gesamten Ton. Die Tondauer wird erhöht.Figure 6 shows an unchanged sound formation phase, but the decay phase is extended and amplified, again for the entire tone. The tone duration is increased.
Figur 7 zeigt eine Verlängerung und Verstärkung sowohl von Klangbildungs- und Abklingphasen, wodurch sich nun die beiden Effekte ergänzen.Figure 7 shows an extension and amplification of both sound formation and decay phases, which now complement the two effects.
Figur 8 und die daran anschließenden Darstellungen zeigen nun, dass der Klangcharakter einzelner Töne oder ganzer Tonlagen gezielt verändert und bereichert wird. Dies geschieht durch eine gezielte Zuführung von Schwingungs- energie bezogen auf einzelne oder auch eine Mehrzahl von ausgewählten Teiltönen des klingenden Tones.Figure 8 and the subsequent representations now show that the sound character of individual tones or entire pitches is specifically changed and enriched. This is done by a targeted supply of vibration energy related to individual or a plurality of selected partials of the sounding tone.
Bei Figur 8 geschieht dies durch eine gezielte Verstärkung von zwei Teiltönen in der Klangbildungsphase. In Figur 9 erfolgt dies durch eine gezielte Verlängerung und Verstärkung einzelner Teiltöne in der Abklingphase.In Figure 8, this is done by a targeted amplification of two partials in the sound formation phase. In FIG. 9, this is done by deliberately lengthening and amplifying individual partials in the decay phase.
In Figur 10 erfolgt dies durch eine Verlängerung und Verstärkung einzelner Teiltöne sowohl in den Klangbildungs- und Abklingphasen.In Figure 10, this is done by lengthening and amplifying individual partials both in the sound formation and decay phases.
Figur 11 schließlich zeigt eine Verlängerung und Verstärkung unterschiedlicher Teiltöne in unterschiedlicher Form sowohl in den Klangbildungs- als auch in den Abklingphasen.Finally, FIG. 11 shows an extension and amplification of different partials in different forms both in the sound formation and in the decay phases.
Das Ergebnis der in den Figuren 4 bis 11 dargestellten und entsprechend beschriebenen Möglichkeiten zur Beeinflussung der hörbaren Klangphasen können somit wahlweise die Klangbilder einzelner Töne oder auch wahlweise ausge- wählte Teiltöne einzelner Töne in jeweils variablen Formen verlängert und/oder verstärkt und insgesamt verändert werden.The result of the possibilities for influencing the audible sound phases shown and correspondingly described in FIGS. 4 to 11 can thus either lengthen and / or amplify and / or change the sound patterns of individual tones or selectively selected partials of individual tones in variable forms.
Dadurch wird es möglich, den gesamten Klang des Instrumentes oder aber auch nur die Klangbilder und die Klangcharakteristiker einzelner Töne, von Tonfolgen oder ausgewählten Tonlagen wahlweise gezielt zu verändern und zu beeinflussen. Es ergeben sich daraus bisher nicht gekannte Möglichkeiten zum Klangdesign. Die folgenden Beispiele der klangbildenden Wirkungsweise der Instrumente sind keineswegs abschließend, es gibt auch noch weitere Anpassungsmöglichkeiten:This makes it possible to selectively change and influence the entire sound of the instrument or only the sound patterns and the sound characteristics of individual tones, of tone sequences or selected pitches. This results in previously unknown possibilities for sound design. The following examples of the sound-forming effects of the instruments are by no means exhaustive, there are also other options for adjustment:
a) es ist eine Anpassung an verschiedene Formen der musikalischen Ausdrucksweise möglich, die beispielsweise aus unterschiedlichen musikalischen Perioden stammen.a) it is possible to adapt to different forms of musical expression, for example from different musical periods.
b) es ist eine Anpassung an unterschiedliche akustische Raumverhäitnisse möglich, in denen das Pianoforteinstrument steht. So können nach Wahl und Wunsch des Pianisten kleine und große, leere und volle Hallen berücksichtigt und die dadurch entstehenden Klangdefizite oder Klangveränderungen kompensiert werden. Auch Nachhallzeiten oder akustische Eigenschaften bestimmter Räume können ausgeglichen oder aber wunschgemäß auch andernorts simuliert werden.b) it is possible to adapt to different acoustic spatial conditions in which the piano forte instrument is located. At the pianist's choice and request, small and large, empty and full halls can be taken into account and the resulting sound deficits or sound changes can be compensated for. Also reverberation times or acoustic Properties of certain rooms can be balanced or, if desired, simulated elsewhere.
c) die besonderen Erwartungen und Ansprüche von Pianisten und Klavier- spielen an das Klangverhalten des Instrumentes oder dessen Klangwirkung im Raum können individuell eingestellt werden.c) The special expectations and demands of pianists and piano players regarding the sound behavior of the instrument or its sound effect in the room can be adjusted individually.
d) musikalisch differenzierte Ansprüche und auch Anforderungen an das Instrument können wesentlich besser berücksichtigt werden als bisher. So können Pianoforteinstrumente ja zu ganz unterschiedlichen Zwecken eingesetzt werden, etwa zur Liedbegleitung, zur Kammermusik oder auch als Soloinstrument, während andererseits eine Heraushebung oder vielleicht auch Reduzierung des Pianoforteinstrumentes bei bestimmten Orchestersituationen sehr gewünscht ist und dies bei bestimmten Tönen auch sehr unterschiedlich sein kann.d) musically differentiated demands and also demands on the instrument can be considered much better than before. For example, pianoforte instruments can be used for very different purposes, such as song accompaniment, chamber music or as a solo instrument, while on the other hand, an increase or perhaps reduction of the pianoforte instrument is very desirable in certain orchestral situations and this can also be very different for certain tones.
In Figur 12 sind die Komponenten dargestellt, die in einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung für ein Pianoforteinstrument enthalten sind.FIG. 12 shows the components which are contained in an embodiment of an arrangement according to the invention for a piano forte instrument.
Ein Pianoforteinstrument 10 besitzt dabei ein Spielwerk 11 mit einer Reihe von Tasten (in Figur 12 nicht im Einzelnen dargestellt). Die Tasten des Spielwerkes 11 wirken auf Saiten mittels einer Hebelkonstruktion und einer Hammerkopfeinheit ein und die Saiten bringen wiederum einen Resonanzbo- den 20 zum Schwingen. Der Resonanzboden 20 ist eine membranartig gespannte Fläche, welche ringsum stabil am oder im Pianoforteinstrument 10 gelagert ist.A piano instrument 10 has a mechanism 11 with a row of keys (not shown in detail in FIG. 12). The keys of the musical mechanism 11 act on strings by means of a lever construction and a hammer head unit, and the strings in turn cause a resonant base 20 to vibrate. The soundboard 20 is a membrane-like tensioned surface which is stably supported all around on or in the piano instrument 10.
Erfindungsgemäß sind nun die Tasten des Spielwerkes 11 mit Sensoren 15 ausgerüstet. Diese Sensoren müssen nicht notwendig an der Taste selbst angeordnet sein. Es können auch die Bewegungen einzelner Hebelelemente in dem Spielwerk 11 des Pianoforteinstrumentes aufgezeichnet werden. Die Sensoren 15 können unter, über oder hinter den Tasten, innerhalb, vor oder hinter dem Hebelsystem des Spielwerkes 11 , über, unter oder hinter der Hammerkopfeinheit oder an anderen Stellen angeordnet sein. Als Sensoren 15 kommen mechanische, optische, induktive, magnetisch oder in anderer Form wirkende Sensorsysteme zur Aufzeichnung der entsprechenden Bewegungen innerhalb des Spielwerkes 11 in Betracht.According to the invention, the keys of the game mechanism 11 are now equipped with sensors 15. These sensors do not necessarily have to be arranged on the button itself. The movements of individual lever elements can also be recorded in the mechanism 11 of the piano instrument. The sensors 15 can be below, above or behind the buttons, inside, in front of or behind the lever system of the mechanism 11, above, below or behind the Hammer head unit or be arranged at other locations. As sensors 15, mechanical, optical, inductive, magnetic or other form of sensor systems for recording the corresponding movements within the mechanism 11 are suitable.
Die Sensoren 15 zeichnen beispielsweise die Beschleunigung der zur Messung ausgewählten Hebelelemente des Spielwerkes 11 auf. Aus den gemessenen Beschleunigungen kann dann in noch im Folgenden erörterten weiteren Einrichtungen die Anschlagsintensität beziehungsweise der Impuls der Hammerköpfe auf die Klangsaiten und somit die Klangstärke ermittelt werden, also, ob der Spieler derzeit Pianissimo oder Fortissimo beziehungsweise welche Klangstärke dazwischen spielt. In anderen Ausführungsformen können auch Sensoren 15 für die Position, die Geschwindigkeit oder andere Daten eingesetzt werden.The sensors 15 record, for example, the acceleration of the lever elements of the mechanism 11 selected for the measurement. From the measured accelerations, the impact intensity or the impulse of the hammer heads on the sound strings and thus the sound strength can then be determined in further devices discussed below, i.e. whether the player is currently playing pianissimo or fortissimo or which sound strength in between. In other embodiments, sensors 15 for position, speed or other data can also be used.
Die Sensoren 15 können individuell einzeln für jeden einzelnen Ton die mechanischen Bewegungen eines oder mehrerer ausgewählter Teile innerhalb des Spielwerkes 11 registrieren. Sie liefern dann Informationen, die bevorzugt im MIDI-Format (musical Instrument digital interface) vorliegen. Diese Informationen enthalten Angaben beispielsweise über den Beginn der Abwärtsbewegung einer Taste und über das Ende der Abwärtsbewegung einer Taste. Auch die Tonhaltedauer kann als Information weiter gegeben werden, also der Zeitraum, über den die Taste vom Pianisten unten gehalten wird und/oder über die das Dämpfungspedal getreten oder das Tonhaltepedal getreten wird. Auch Informationen über die Aufwärtsbewegung der Taste beziehungsweise eine wieder in Ruheposition befindliche Taste können übermittelt werden.The sensors 15 can individually register the mechanical movements of one or more selected parts within the mechanism 11 for each individual tone. They then supply information that is preferably in MIDI format (musical instrument digital interface). This information includes information about, for example, the start of the downward movement of a key and the end of the downward movement of a key. The duration of the tone hold can also be passed on as information, that is to say the time period over which the key is held down by the pianist and / or over which the damping pedal is pressed or the tone holding pedal is pressed. Information about the upward movement of the key or a key that is again in the rest position can also be transmitted.
Diese von den Sensoren 15 ermittelten und in einem entsprechenden Format generierten MIDI-Daten werden nun weiter übermittelt zu einer Einrichtung 30. In dieser Einrichtung 30 befindet sich unter anderem eine Einrichtung 33 zur Tonsteuerung. Diese Einrichtung kann außerdem aus einem Speicher für Tonsamples Daten abgreifen. Abhängig von den übermittelten Daten der Sensoren 15 werden aus einem Speicher 31 jeweils jene Töne be- ziehungsweise Teiltöne eines Tones entnommen, welche in ihrer Tonlage dem jeweils gespielten Ton entsprechen. Dieser Speicher 31 'dient mithin als externe Quelle für Daten, die Grundlage für die Zuführung zusätzlicher Schwingungsenergie in den Resonanzboden 20 werden wird.This MIDI data, ascertained by the sensors 15 and generated in a corresponding format, is now forwarded to a device 30. This device 30 contains, among other things, a device 33 for tone control. This device can also tap data from a memory for sound samples. Depending on the transmitted data from the sensors 15, those tones are stored in a memory 31. drawn partial tones of a tone, which correspond in their pitch to the tone played in each case. This memory 31 therefore serves as an external source of data, which will become the basis for the supply of additional vibration energy into the soundboard 20.
Diese Daten können individuell für jeden Ton gespeicherte Frequenzen, Teiltoncharakteristiker sowie Parameter der Klangbildungs- und Abklingphasen enthalten.This data can contain frequencies stored individually for each tone, partial tone characteristics and parameters of the sound formation and decay phases.
Die Einrichtung 33 zur . Tonsteuerung stellt nun aus den Daten der Sensoren 15 und diesen zugehörig aus dem Speicher 31 entnommenen Daten zur Lautstärke und zur Tonlänge des jeweils gespielten Tones Ausgangswerte an eine weitere Einrichtung 34 zur Tonmodifizierung zur Verfügung.The device 33 for. Tone control now makes output values from the data of the sensors 15 and data associated therewith from the memory 31 for the volume and the tone length of the tone played in each case available to a further device 34 for tone modification.
Diese Einrichtung 34 zur Tonmodifizierung kann nun wahlweise die Struktur, den Aufbau, die Zusammensetzung des Teiltonspektrums jeden einzelnen Tones gezielt verstärken, erhöhen oder verlängern. Dazu werden die von der Einrichtung 33 zur Tonsteuerung übernommenen Daten entsprechend verlängert, ergänzt, verstärkt und sonst verändert. Dadurch kann Ton für Ton entsprechend den Figuren 4 bis 11 und den zugehörigen Beschreibungen individuell gestaltet, erweitert und geformt werden.This device 34 for tone modification can now selectively reinforce, increase or lengthen the structure, the structure, the composition of the partial tone spectrum of each individual tone. For this purpose, the data taken over by the device 33 for sound control are correspondingly extended, supplemented, amplified and otherwise changed. As a result, tone by tone can be individually designed, expanded and shaped in accordance with FIGS. 4 to 11 and the associated descriptions.
Die entsprechend selektiv ausgewählten- Tonergänzungsparameter lassen also für jeden einzelnen Ton jeweils hinsichtlich seines gesamten Teilton- spektrums oder daraus ausgewählter Teiltöne in beliebiger Zusammensetzung während der Klangbildungsphase, während der Abklingphase und/oder während beider Phasen durch Hinzufügen, Verstärken und Verlängern wesentliche Beeinflussungen und Bereicherungen der im Resonanzboden 20 stattfindenden Klangbiidung zu.The correspondingly selectively selected tone supplement parameters thus leave any significant influences and enrichments for each individual tone with regard to its entire partial tone spectrum or partial tones selected from it in any composition during the sound formation phase, during the decay phase and / or during both phases by adding, amplifying and lengthening sound formation taking place in the soundboard 20.
Zusätzlich ist in der dargestellten Ausführungsform ein Steuermodul 35 vorgesehen. Dieses Steuermodul 35 kann Vorgabeschaltungen, Presets, Regler und/oder bildschirmgesteuerte Software aufweisen, die während des Spie- lens von dem Pianisten oder auch weiteren an der Darbietung beteiligten Personen bedient oder beeinflusst werden können. Es ist also möglich, während einer Musikdarbietung beispielsweise ein bestimmtes Stück in einer Weise zu beeinflussen, ein später folgendes jedoch ganz anders. Dadurch kann völlig unterschiedlichen Charakteristika der einzelnen Musikstücke Rechnung getragen werden. So können beispielsweise Kompositionen aus dem Barock in einer völlig anderen Teiltonkomposition dargeboten werden, also mit einem ganz anderen Klangbild, als beispielsweise Stücke, die mit anderen Klangvorstellungen im 20. Jahrhundert komponiert wurden.In addition, a control module 35 is provided in the illustrated embodiment. This control module 35 can have predefined circuits, presets, regulators and / or screen-controlled software which are involved in the performance by the pianist or else others during the playing People can be operated or influenced. It is therefore possible to influence a certain piece in one way, for example, during a music performance, but in a completely different way later. This allows completely different characteristics of the individual pieces of music to be taken into account. For example, compositions from the Baroque period can be performed in a completely different partial tone composition, i.e. with a completely different sound pattern than, for example, pieces that were composed with different sound ideas in the 20th century.
Sofern gewünscht, können auch während des einzelnen Musikstückes Änderungen vorgenommen werden, um beispielsweise verschiedene Passagen eines Musikstückes anders zu beeinflussen. So kann beispielsweise für bestimmte Momente innerhalb eines Musikstückes der Eindruck erzeugt werden, die Vorführung fände in einer Kathedrale statt, in dem beispielsweise entsprechende Nachhalleffekte durch Teiltonverlängerungen künstlich hervorgerufen werden, während dieses für den Rest des Musikstückes nicht geschieht.If desired, changes can also be made during the individual piece of music, for example to influence different passages of a piece of music differently. For example, for certain moments within a piece of music, the impression can be created that the demonstration is taking place in a cathedral, in which, for example, corresponding reverberation effects are artificially caused by partial tone extensions, while this does not happen for the rest of the piece of music.
Eine Verstärkereinheit 36 verstärkt dann die von der Einrichtung 34 zur Ton- modifizierung und dem Steuermodul 35 übernommenen Signale. Der Umfang der Verstärkung der Signale kann auch über das Steuermodul 35 wahlweise über Vorgabeschaltungen, Presets, Regler und/oder bildschirmorientierte Steuersoftware bestimmt werden.An amplifier unit 36 then amplifies the signals taken over by the device 34 for sound modification and the control module 35. The extent of the amplification of the signals can also be determined via the control module 35 optionally via preset circuits, presets, controllers and / or screen-oriented control software.
Die Verstärkereinheit 36 stellt letztlich die erforderliche Energie zur Verfügung, damit die modifizierten Daten aus den vorhergehenden Einrichtungen auch energetisch wirksam in den Resonanzboden 20 eingespeist werden können.The amplifier unit 36 ultimately provides the necessary energy so that the modified data from the preceding devices can also be fed into the soundboard 20 in an energy-efficient manner.
Diese Einspeisung der zusätzlichen Schwingungsenergie in den Resonanzboden 20 erfolgt über elektromagnetisch wirkende Treibersysteme 25, 26. In Abhängigkeit von der Größe der Musikinstrumente und dem Volumen an zusätzlich einzuspeisender Energie werden wahlweise eines oder mehrere sol- ' eher Treibersysteme 25, 26 an einem Musikinstrument beziehungsweise an seinem Resonanzboden 20 installiert.This feeding of the additional vibrational energy in the sound board 20 via electromagnetically acting drive systems 25, 26. Depending on the size of the instruments and the volume of energy to be fed in additionally optionally, one or more sol ' rather driver systems 25, 26 installed on a musical instrument or on its soundboard 20.
Die Treibersysteme 25, 26 weisen am Resonanzboden 20 befestigte Spulen auf, ferner in drei Dimensionen frei im Raum justierbare spezielle Magnetsysteme sowie Treibermagneten. Von Vorteil ist es, wenn die Treibersysteme 25, 26 Spulen mit einem minimalen Gewicht aufweisen, bei gleichzeitig möglichst hohem Wirkungsgrad in den klavierspezifischen Frequenzbereichen. Die zum Antrieb der Spulen verwendeten justierbaren Magnetsysteme sollten qualitativ hochwertig sein und die Treibermagneten eine möglichst schwereThe driver systems 25, 26 have coils attached to the soundboard 20, and furthermore, in three dimensions, special magnet systems and driver magnets which can be freely adjusted in space. It is advantageous if the driver systems 25, 26 have coils with a minimal weight and at the same time as high an efficiency as possible in the piano-specific frequency ranges. The adjustable magnet systems used to drive the coils should be of high quality and the driver magnets should be as heavy as possible
Montagebasis zur Minimierung von Energieverlusten aufweisen.Have a mounting base to minimize energy losses.
Zusammengefasst zeichnen die Sensoren 15 die Bewegungen der Tasten oder der Hammerköpfe oder anderer beweglicher Teile in dem Spielwerk 11 des Pianoforteinstrumentes 10 auf. Daraus werden Mididaten generiert.In summary, the sensors 15 record the movements of the keys or the hammer heads or other moving parts in the mechanism 11 of the piano instrument 10. Midi data is generated from this.
Diese dienen dazu, die in dem Speicher 31 für die Tonsamples aufgezeichneten dazugehörigen Tonsamples abzurufen, mit deren Hilfe dann ausgewählte zusätzliche Klangenergie in den Resonanzboden 20 eingespeist wird. Diese zusätzliche Klangenergie ergänzt die jeweils durch die schwingenden Klangseiten in den Resonanzboden 20 eingetragene Schwingungsenergie und erweitert sie im Detail. These serve to call up the associated sound samples recorded in the memory 31 for the sound samples, with the aid of which selected additional sound energy is then fed into the soundboard 20. This additional sound energy supplements the vibration energy entered into the soundboard 20 by the vibrating sound sides and extends it in detail.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
0 Pianoforteinstrument 1 Spielwerk 5 Sensor0 piano instrument 1 mechanism 5 sensor
0 Resonanzboden 5 Resonanzbodentreibersystem 6 Resonanzbodentreibersystem0 soundboard 5 soundboard driver system 6 soundboard driver system
0 Einrichtung zur Klangerweiterung 1 Speicher für Ton Samples 3 Einrichtung zur Tonsteuerung 4 Einrichtung zur Tonmodifizierung 5 Steuermodul 6 Verstärkereinheit0 device for sound expansion 1 memory for sound samples 3 device for sound control 4 device for sound modification 5 control module 6 amplifier unit
f Frequenz in Hertz (Hz) t Zeit in Sekunden (s) rS relativer Schalldruckpegel in Dezibel (dB)f Frequency in Hertz (Hz) t Time in seconds (s) rS Relative sound pressure level in decibels (dB)
A Aufprallmoment des HammerkopfesA Impact moment of the hammer head
B KlangbildungsphaseB sound formation phase
C Ende der Klangbildungsphase D AbklingphaseC End of the sound formation phase D Decay phase
E Ende der AbklingphaseE End of the decay phase
L durchgezogene LinieL solid line
M stark gepunktete Linie N dünn gepunktete Linie M dotted line N thin dotted line

Claims

Ansprüche Expectations
1. Pianoforteinstrument, mit einem Spielwerk (11 ) mit Tasten, mit Saiten, die über einen Mechanismus bei einer Betätigung der Tasten angeschlagen und in Schwingung versetzt werden, mit einem Resonanzboden (20), auf den die Schwingungen der Saiten übertragen werden, und mit einer Einrichtung (25, 26) zur Einspeisung zusätzlicher Schwingungsenergie in den Resonanzboden (20), bei dem Sensoren (15) vorgesehen sind, die die Betätigung der Tasten des Spielwerks (11) mittelbar oder unmittelbar detektieren, bei dem eine Einrichtung (30) zur Klangerweiterung vorhanden ist, der die Messwerte der Sensoren (15) zugeführt werden, bei dem die Einrichtung (30) zur Klangerweiterung mit Einrichtungen (31 , 33, 34, 35) ausgerüstet ist, die abhängig von den Messwerten der Sensoren (15) Daten zusammenstellen, die einem gewünschten Klangcharakte- ristikum entsprechen, und bei dem die Einrichtung (30) zur Klangerweiterung über die1. piano instrument, with a mechanism (11) with keys, with strings that are struck by a mechanism when the keys are pressed and vibrated, with a soundboard (20) to which the vibrations of the strings are transmitted, and with a device (25, 26) for feeding additional vibration energy into the soundboard (20), in which sensors (15) are provided which directly or indirectly detect the actuation of the keys of the game mechanism (11), in which a device (30) for There is a sound extension to which the measured values of the sensors (15) are supplied, in which the device (30) for sound extension is equipped with devices (31, 33, 34, 35) that compile data depending on the measured values of the sensors (15) which correspond to a desired sound characteristic and in which the device (30) for sound expansion via the
Einrichtung (25, 26) zur Einspeisung zusätzliche Schwingungsenergie entsprechend den ermittelten Daten dem Resonanzboden (20) zuführt.Device (25, 26) for feeding additional vibration energy according to the determined data to the soundboard (20).
2. Pianoforteinstrument nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die von der Einrichtung (30) zur Klangerweiterung extern erzeugte Schwingungsenergie über die Einrichtung (25, 26) zur Einspeisung in den Resonanzboden (20) in Echtzeit zusätzlich zu der auf mechanischem Weg von den schwingenden Klangsaiten in den Resonanzboden (20) gelangenden Schwingungsenergie eingespeist wird. 2. Pianoforteinstrument according to claim 1, characterized in that the vibration energy generated externally by the device (30) for sound expansion via the device (25, 26) for feeding into the soundboard (20) in real time in addition to the mechanical way of the vibrating Sound strings in the soundboard (20) vibrating energy is fed.
3. Pianoforteinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Klangerweiterung einen Speicher (31 ) für Tonsamples aufweist, und dass den von den Sensoren (15) im Spielwerk (11 ) des Instrumentes (10) registrierten Betätigungen der Tasten entsprechenden Tönen samt deren Teiltönen aus dem Speicher (31 ) Tonsamples zugeordnet werden.3. Pianoforteinstrument according to claim 1 or 2, characterized in that the device (30) for sound expansion has a memory (31) for sound samples, and that the actuations registered by the sensors (15) in the mechanism (11) of the instrument (10) Tones corresponding to the keys and their partials from the memory (31) are assigned tone samples.
4. Pianoforteinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Klangerweiterung eine Einrichtung (34) zur Tonmodifizierung aufweist, und dass die Einrichtung (34) zur Tonmodifizierung die von den Sensoren (15) und aus dem Speicher (31 ) stammenden Daten der Töne modifi- ziert.4. Pianoforteinstrument according to any one of the preceding claims, characterized in that the device (30) for sound expansion has a device (34) for sound modification, and that the device (34) for sound modification from the sensors (15) and from the memory ( 31) modified data of the tones.
5. Pianoforteinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuermodul (35) vorgesehen ist, dass beispielsweise über Pre- sets, Regler und/oder bildschirmgesteuerte Software die Einrichtung (34) zur Tonmodifizierung dergestalt steuert, dass dadurch individuelles Klangdesign durch die wahlweise Beeinflussung der Töne möglich wird.5. Pianoforteinstrument according to any one of the preceding claims, characterized in that a control module (35) is provided that controls the device (34) for sound modification, for example via presets, controllers and / or screen-controlled software, so that individual sound design by optionally influencing the tones is possible.
6. Pianoforteinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkermodul (36) vorgesehen ist, dass die von der dem Steuermodel (35) übernommenen Signale verstärkt. 6. Pianoforteinstrument according to any one of the preceding claims, characterized in that an amplifier module (36) is provided that amplifies the signals received from the control model (35).
7. Pianoforteinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Verstärkermodul (36) abgehenden Signale der Einrichtung (25 26) zur Einspeisung von Schwingungsenergie zugeführt werden, dort in mechanische Schwingungen umgesetzt und in den Resonanzboden (20) eingeleitet werden.7. Pianoforteinstrument according to claim 6, characterized in that the outgoing from the amplifier module (36) signals of the device (25 26) for feeding in vibrational energy are fed, converted there into mechanical vibrations and introduced into the soundboard (20).
8. Pianoforteinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (25, 26) zur Einspeisung von Schwingungsenergie ein oder mehrere Treibersysteme aufweist.8. Pianoforteinstrument according to any one of the preceding claims, characterized in that the device (25, 26) for feeding vibrational energy has one or more driver systems.
9. Pianoforteinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Treibersystem (25, 26) einen Ringmagneten aufweist, in dessen Kern eine Spule angeordnet ist, welcher am Resonanzboden (20) ortsfest montiert ist und den Resonanzboden (20) antreibt.9. piano instrument according to claim 8, characterized in that each driver system (25, 26) has a ring magnet, in the core of which a coil is arranged, which is fixedly mounted on the soundboard (20) and drives the soundboard (20).
10. Pianoforteinstrument nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibermagnet mit speziellen Justiervorrichtungen in allen 3 Dimensionen justierbar ist und so auf die Position des am Resonanzboden (20) befestigten Spulenkörpers exakt ausgerichtet werden kann.10. Pianoforteinstrument according to claim 8 or 9, characterized in that the driver magnet is adjustable with special adjusting devices in all 3 dimensions and can thus be exactly aligned with the position of the coil body attached to the soundboard (20).
1 1. Pianoforteinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der justierbare Treibermagnet in einem schweren Grundkörper gelagert ist, welcher seinerseits an einem Rastenkörper des Pianoforteinstrumentes befestigt ist. 1 1. Pianoforteinstrument according to claim 10, characterized in that the adjustable driver magnet is mounted in a heavy base body, which in turn is attached to a detent body of the piano instrument.
2. Verfahren zur Beeinflussung des Klanges eines Pianoforteinstrumentes, mit einem Spielwerk (11) mit Tasten, mit Saiten, die über einen Mechanismus bei einer Betätigung der Tasten angeschlagen und in Schwingung versetzt werden, mit einem Resonanzboden (20), auf den die Schwingungen der Saiten übertragen werden, und mit einer Einrichtung (25, 26) zur Einspeisung zusätzlicher Schwingungsenergie in den Resonanzboden (20), dadurch gekennzeichnet, dass mittels Sensoren (15) die Betätigung der Tasten des Spielwerks (11 ) mittelbar oder unmittelbar detektiert wird, dass einer Einrichtung (30) zur Klangerweiterung die Messwerte der Sensoren (15) zugeführt werden, dass Einrichtungen (31 , 33, 34, 35) vorgesehen sind, die abhängig von den Messwerten der Sensoren (15) Daten zusammenstellen, die einem2. A method for influencing the sound of a piano instrument, with a mechanism (11) with keys, with strings that are struck by a mechanism when the keys are pressed and vibrated, with a soundboard (20) on which the vibrations of the Strings are transmitted, and with a device (25, 26) for feeding additional vibrational energy into the soundboard (20), characterized in that the actuation of the keys of the musical mechanism (11) is detected indirectly or directly by means of sensors (15) that one The measurement values of the sensors (15) are supplied to the device (30) for expanding the sound, so that devices (31, 33, 34, 35) are provided which, depending on the measurement values of the sensors (15), compile data that a
gewünschten Klangcharakteristikum entsprechen, und dass die Einrichtung (30) zur Klangerweiterung über die Einrichtung (25, 26) zur Einspeisung zusätzliche Schwingungsenergie entsprechend den ermittelten Daten dem Resonanzboden (20) zuführt. correspond to the desired sound characteristic and that the device (30) for expanding the sound via the device (25, 26) for feeding in additional vibration energy in accordance with the determined data supplies the soundboard (20).
PCT/EP2004/004139 2003-04-21 2004-04-19 Pianoforte instrument comprising additional delivery of energy into the sound board, and method for influencing the sound of a pianoforte instrument WO2004094948A1 (en)

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